化学测量学进展(精)/当代化学化工学术精品丛书

化学测量可以有不同的含义。本书将其定义为利用各种科学分支的相关原理及新进展来测量化学体系信息的一门学问。它能深入分子、原子层次,去测量物质的性质、数量、结构及与此相关的功能等信息。化学测量研究涉及诸多方面,其基本路线应该是:挖掘测量所依据的理论和原理,构造测量的方法和装置,解决实际测量的问题并作反馈和改进。化学测量学是在原分析化学的基础上发展起来的,是国家自然科学基金委员会化学科学部与时俱进地提出的新的支持领域,是对原分析化学的拓展。其方法学研究大致包括两大内容:一是直接开发理论以发展出测量新方法,二是通过应用来拓展或革新方法。化学测量学的作用和前途,与教育有莫大的关系。如何把这门学识、功用以及它对社会、对国计民生、对国际交往和国家安全所产生的影响,告之天下,晓以利害,也是一门学问。可惜用功者少,关心者弱。本书或许算是一个开始,一种前瞻。本书简单概括了北京分子科学国家研究中心这几十年来有关化学测量学相关研究的主要进展与研究成果。为了较全面地概括化学测量学及全书的整体性,我们也邀请了中心以外的学者参与了本书部分章节的撰写。本书包括化学测量学基础(由陈义、邵元华撰写)、基于分子光谱分析的化学测量学(由马会民、赵美萍负责)、基于电化学的化学测量学(由毛兰群、邵元华负责)、微纳分离与分析(由吴海臣、黄岩谊负责)、质谱分析(由聂宗秀、刘小云负责)、基于核磁共振波谱学的化学测量学(由金长文、夏斌负责)、基于扫描探针显微镜的高分辨表面分析技术(由吴凯负责)和大数据分析与化学测量学(由南开大学邵学广负责)等八章。感谢万立骏院士为本书撰写序。由于化学测量学是一门交叉学科,目前还没有系统的、串联各个部分的基础知识总结。因此以下各章节均或多或少地介绍了其所基于的测量原理及方法与技术,但主要是介绍北京分子科学国家研究中心在该领域的研究进展与成果。期望在不远的将来,中国的有志青年学者能够总结和归纳出化学测量学的基本理论。本书作为一种尝试,目的之一是抛砖引玉。由于撰写时间仓促、涉及人员较多,难免存在疏漏与不足之处,欢迎同行随时批评指正。

化学测量学是在原分析化学的基础上发展起来的,是国家自然科学基金委员会化学科学部与时俱进地提出的新的支持领域,是对原分析化学的拓展，旨在发展化学相关的测量策略、原理、方法与技术,研制各类分析仪器、装置和相关软件,研制各类检测试剂,以精准获取物质组成、分布、结构与性质的时空变化规律。本书简单概括了北京分子科学国家研究中心这几十年来有关化学测量学相关研究的主要进展与研究成果。全书共分8章,详细介绍了化学测量学基础、基于分子光谱分析的化学测量学、基于电化学的化学测量学、微纳分离与分析、质谱分析、基于核磁共振波谱学的化学测量学、基于扫描探针显微镜的高分辨表面分析技术和大数据分析与化学测量学。本书可作为高等学校化学测量学及分析化学相关专业本科高年级学生、研究生的学习用书,以及教师、科技工作者和企业专业技术人员的参考书,尤其对从事化学测量学研究的科研人员将具有很好的指导意义。

1章 化学测量学基础
1.1 化学测量学基础003
参考文献007

第2 章 基于分子光谱分析的化学测量学
2.1　绪论011
2.2　光谱分析的基本原理012
2.3　光谱分类014
2.4　常见分子光谱分析方法015
　　2.4.1 紫外可见分光光度法015
2.4.2 红外光谱法018
2.4.3 拉曼光谱法020
2.4.4 分子荧光光谱法与分子磷光光谱法022
2.5　光学探针与传感分析026
　　2.5.1 光学探针的结构特征与设计策略030
2.5.2 光学探针的分类034
2.6　展望047
参考文献048

第3 章
基于电化学的化学测量学
3.1　绪论053
3.2　脑化学活体电化学分析主要进展054
　　3.2.1 调控电极/脑界面电子转移的活体电化学分析研究进展056
3.2.2 调控离子传输的神经化学分析研究进展061
3.2.3 展望069
3.3　软界面电分析化学主要进展069
　　3.3.1 发展可用于探讨软界面的技术与方法070
3.3.2 液/液界面上电荷转移反应动力学测量及微观界面研究072
3.3.3 基于液/液界面所发展技术的应用074
3.4　电化学传感076
　　3.4.1 基于碳基材料的电化学传感器076
3.4.2 基于电致化学发光用于心肌梗死标志物检测的电化学传感器077
3.4.3 基于纳米二硫化钼的电化学生物传感器078
3.5　展望080
参考文献081

第4 章
微纳分离与分析
4.1　绪论087
4.2　微量样品超快分离分析087
　　4.2.1 微克级新鲜植物中超痕量赤霉素的定量测定088
4.2.2 天牛性信息素活体分析方法088
4.2.3 超快CE 089
4.3　纳米孔单通道分析098
　　4.3.1 基于纳米孔单分子技术的DNA编码分子构建100
4.3.2 DNA编码分子结合免疫技术在抗原分子检测中的应用102
4.3.3 利用DNA 编码分子构建分子信标用于抗体及DNA的检测103
4.3.4 基于纳米孔技术构建信号开启、猝灭及比率型DNA探针108
4.4　微流控技术110
　　4.4.1 微流控单细胞核酸的扩增与测序分析111
4.4.2 基于微流控技术的新型高通量DNA 测序方法115
4.5　脂质组学分析117
　　4.5.1 脂质组学分析简介117
4.5.2 脂质组学分析的样品制备技术118
4.5.3 气相色谱法和超临界流体色谱法用于脂质组学分析119
4.5.4 高效液相色谱法用于脂质组学分析120
4.6　基于多肽识别的微纳分离与分析121
　　4.6.1 微纳分离分析与靶向多肽的筛选鉴定121
4.6.2 多肽识别与生物传感123
4.6.3 基于多肽微纳组装体的分析新方法125
4.7　展望127
参考文献127

第5 章
质谱分析
5.1　绪论133
　　5.1.1 引言133
5.1.2 质谱仪的基本原理与构造133
5.2　质谱新方法发展134
　　5.2.1 疾病生物标志物的质谱检测和成像135
5.2.2 基于MALDI TOF MS的小分子及纳米载药体系的质谱研究138
5.2.3 完整生物颗粒质谱分析的新技术144
5.3　蛋白质组学技术发展与应用研究150
　　5.3.1 蛋白质组学概念和定量技术150
5.3.2 蛋白质组学应用研究154
5.4　展望158
参考文献159

第6 章
基于核磁共振波谱学的化学测量学
6.1　绪论165
6.2　核磁共振动力学研究新技术167
6.3　细菌砷酸还原酶体系的动态结构与功能关系研究169
6.4　细菌外源基因沉默因子的DNA 识别及结合机制研究173
6.5　展望178
参考文献178

第7 章
基于扫描探针显微镜的高分辨表面分析技术
7.1　绪论183
7.2　扫描探针显微镜的发展184
　　7.2.1 扫描隧道显微镜184
7.2.2 扫描隧道显微镜的超高空间分辨187
7.2.3 扫描隧道显微镜的高化学分辨谱图188
7.2.4 原子力显微镜189
7.2.5 q plus原子力显微镜的诞生与超高分辨的实现191
7.3　基于SPM 的高空间分辨光谱193
　　7.3.1 红外光谱、拉曼光谱193
7.3.2 基于SPM 的高空间分辨红外光谱195
7.3.3 基于SPM 的高空间分辨拉曼光谱198
7.4　基于SPM 的高空间分辨表面自旋检测201
7.5　基于SPM 的高时间分辨泵浦扫描隧道谱205
7.6　展望209
参考文献210

第8 章
大数据分析与化学
测量学
8.1　大数据的定义与发展现状215
8.2　大数据处理与分析流程216
　　8.2.1 数据采集217
8.2.2 数据预处理与集成218
8.2.3 大数据的存储218
8.2.4 大数据处理与分析219
8.2.5 大数据的可视化220
8.3　大数据处理与分析方法221
　　8.3.1 化学计量学221
8.3.2 深度学习与卷积神经网络224
8.3.3 拓扑数据分析229
8.3.4 可视化方法232
8.4　化学相关学科领域大数据分析与应用234
　　8.4.1 蛋白质结构预测234
8.4.2 计算机辅助药物设计235
8.4.3 人工智能分子力场236
8.4.4 大数据和人工智能在有机化学中的应用236
8.4.5 小分子性质预测237
参考文献237
索引240

化学测量学是在原分析化学的基础上发展起来的,是国家自然科学基金委员会化学科学部与时俱进地提出的新的支持领域,是对原分析化学的拓展，旨在发展化学相关的测量策略、原理、方法与技术,研制各类分析仪器、装置和相关软件,研制各类检测试剂,以精准获取物质组成、分布、结构与性质的时空变化规律。本书简单概括了北京分子科学国家研究中心这几十年来有关化学测量学相关研究的主要进展与研究成果。全书共分8章,详细介绍了化学测量学基础、基于分子光谱分析的化学测量学、基于电化学的化学测量学、微纳分离与分析、质谱分析、基于核磁共振波谱学的化学测量学、基于扫描探针显微镜的高分辨表面分析技术和大数据分析与化学测量学。本书可作为高等学校化学测量学及分析化学相关专业本科高年级学生、研究生的学习用书,以及教师、科技工作者和企业专业技术人员的参考书,尤其对从事化学测量学研究的科研人员将具有很好的指导意义。

1. 作为化学科学的核心，分子科学是研究分子的结构、合成、转化与功能的科学，是化学科学发展的新形式与新阶段。《分子科学前沿丛书》依托北京分子科学国家研究中心，围绕国家对化学前沿基础研究的需求，从探究分子结构到合成分子、组装分子，再到面向国家重大需求的分子体系的应用，以期通过一批前沿原创著作的出版展现我国化学前瞻性基础研究重大成果。该套丛书的出版将会有力促进我国分子科学领域和相关交叉领域的发展，充分体现北京分子科学国家研究中心在科学理论和知识传播方面的国家功能。

2.《化学测量学进展》是《分子科学前沿丛书》的一个分册，全面介绍了化学测量学的新进展及成果。3. 全书采用内文使用110g金太阳书纸，彩色印刷，清晰直观地展现了化学测量学中各种仪器分析的结构、分子模拟图等。